第六章分子结构课件.ppt

1、6-1 6-1 键参数键参数6-2 6-2 价键理论价键理论6-3 6-3 分子的几何构型分子的几何构型6-4 6-4 分子轨道理论分子轨道理论6-5 6-5 分子间力和氢键分子间力和氢键分子结构分子结构分子的空间构型分子的空间构型化学键化学键几何构型几何构型电价键共价键金属键键能键能，键越牢固。，键越牢固。一、键能一、键能(E)E)能表征化学能表征化学键性质的量键性质的量双原子分子双原子分子E=E=键离解能键离解能多原子分子多原子分子E=E=同种键逐级离解能的平均值同种键逐级离解能的平均值键能键能：气体分子每断裂单位物质的量的某键时的焓变：气体分子每断裂单位物质的量的某键时的焓变 一种键的性

2、质主要取决于成键原子的本性一种键的性质主要取决于成键原子的本性二、键长二、键长(L Lb b)分子内成键两原子核间的平均距离分子内成键两原子核间的平均距离。键长越短键长越短,键能就越大键能就越大C-CC-C金刚石金刚石 乙烷乙烷 丙烷丙烷154154pm 153pm 154pmpm 153pm 154pm一些共价键键能和键长一些共价键键能和键长共价键共价键 键能键能/kJmol-1 键长键长/pm共价键共价键 键能键能/kJmol-1 键长键长/pm346346602602835835154154134134120120F-FF-FCl-ClCl-ClBr-BrBr-BrI-II-IC-CC-

3、CC=CC=CC C C C1591592432431931931511511411411991992282282672679292127127141141161161570570432432366366298298H-F H-F H-ClH-ClH-BrH-BrH-IH-I三、键角三、键角分子中两个相邻化学键之间的夹角分子中两个相邻化学键之间的夹角.键长和键角是描述分子几何构型的两要素键长和键角是描述分子几何构型的两要素.分子式分子式 键长键长/pm(实验值实验值)键角键角 (实验值实验值)几何构型几何构型H2SCO2NH3CH4134 92角型角型116.2 180直线型直线型三角锥型三角

4、锥型正四面体型正四面体型101 10718109 109281 1、共价键的形成共价键的形成一、共价键一、共价键两个氢原子接近时的能量变化曲线 r/pm74.1E/kJmol-1（a）(b)氢分子的两种状态 键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子.键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠2 2、VBVB法要点法要点饱和性饱和性一般成键电子的原子轨道只有沿着轨道伸一般成键电子的原子轨道只有沿着轨道伸展方向进行重叠才能实现最大限度的重叠展方向进行重叠才能实现最大限度的重叠.方向性方向性3 3、共价键特征共价键特征一个原子形成

5、共价键的能力是有限的一个原子形成共价键的能力是有限的最大重叠原理最大重叠原理对称性原则对称性原则:只有当原子轨道对称性相同的部分重只有当原子轨道对称性相同的部分重 叠叠,才能形成化学键。才能形成化学键。共价键的方向性共价键的方向性:4、原子轨道的重叠原子轨道的重叠 对称性相同指产生重叠的两个原子轨道符号相同对称性相同指产生重叠的两个原子轨道符号相同(即波函数相加即波函数相加).重叠类型重叠类型:-+-+-同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消.不同符号部分重叠不同符号部分重叠(或认为波函数相减或认为波函数相减).).+零重叠零重叠(无效重叠无效重叠)正重叠正重叠(

6、有效重叠有效重叠)负重叠负重叠(无效重叠无效重叠)同符号部分重叠同符号部分重叠.5 5、共价键分类共价键分类按极性大小按极性大小:1)1)极性键极性键2)2)非极性键非极性键:强极性键强极性键:弱极性键弱极性键:如如H H2 2O,HClO,HCl中的中的共价键共价键如如H H2 2S,HIS,HI中的共中的共价键价键如如N N2 2,H,H2 2中的共价键中的共价键按原子轨道重按原子轨道重叠部分所具有叠部分所具有的对称性的对称性 键键 键键原子轨道重叠部分对键轴呈原子轨道重叠部分对键轴呈圆柱形对称圆柱形对称(头碰头头碰头)原子轨道重叠部分对键轴所原子轨道重叠部分对键轴所在的某一特定平面具反对

7、称在的某一特定平面具反对称性性(肩并肩肩并肩)电子电子:形成形成 键的电子键的电子 电子电子:形成形成 键的电子键的电子 键键:s-ss-p 键键:p-p 键键在具有双键或叁键的两个原子之间在具有双键或叁键的两个原子之间,常既有常既有 键又有键又有 键键.N2分子形成示意图N NN NN N2 2的价键的价键结构式结构式 键键 键键孤电子对孤电子对 成键原子一方有孤对电子成键原子一方有孤对电子 另一方有空轨道另一方有空轨道HNHHH4NH6 6、配位键、配位键形成条件：形成条件：例例：凡共用电子对由一个原凡共用电子对由一个原子单方面提供而形成的子单方面提供而形成的共价键共价键CO2 2s 2p

8、s 2pC OCOCO的分子结构式的分子结构式一、价键理论的局限性一、价键理论的局限性CH4:激发激发2s2s2p2pC:错误错误 4 4个个C-HC-H不一样不一样 由由p p电子所构成的三个电子所构成的三个C-HC-H键应该互相垂直键应该互相垂直成键时成键时能级相近能级相近的价电子轨道相混杂的价电子轨道相混杂,形成新形成新的价电子轨道的价电子轨道杂化轨道杂化轨道;这一过程称为杂化这一过程称为杂化 杂化前后杂化前后轨道数目不变轨道数目不变.杂化后轨道伸展方向杂化后轨道伸展方向,形状发生改变形状发生改变.杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强1、杂化轨道理论基

9、本要点杂化轨道理论基本要点一、杂化轨道理论一、杂化轨道理论(1)sp杂化杂化BeCl2:Be:BeClCl2s2p激发激发2s2psp杂化杂化sp2p2、杂化类型与分子几何构型杂化类型与分子几何构型直线型分子直线型分子键角键角180180。两个两个sp杂化轨道杂化轨道:BeCl2的形成的形成:2s2p轨道轨道B:(2)sp2杂化杂化BF3:激发激发BFFF2s2psp2杂化杂化2s2psp22p平面三角形分子平面三角形分子键角键角120120。三个三个sp2杂化轨道杂化轨道:BF3的形成的形成:2s2p轨道轨道(4)sp3杂化杂化CH4:正四面体分子正四面体分子键角键角109109。2828.

10、激发激发sp3杂化杂化sp32s2s2p2pC:四个四个spsp3 3杂化轨道杂化轨道2s2p轨道轨道CH4的形成的形成 sp sp3 3杂化轨道杂化轨道(4)不等性不等性sp3杂化杂化 NH3:N:不等性杂化不等性杂化:产生不完全等同轨道的杂化产生不完全等同轨道的杂化.NHHHHNH=107182s2psp3杂化杂化sp3NH3的形成的形成:2s2p轨道轨道H2O:O:OHHHOH=104302s2psp3杂化杂化sp3小结小结:杂化轨道的类型与分子的空间构型杂化轨道的类型与分子的空间构型杂化轨道类型杂化轨道类型参加杂化的轨道参加杂化的轨道 杂化轨道数杂化轨道数成键轨道夹角成键轨道夹角分子空

11、间构型分子空间构型 实例实例 中心原子中心原子s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p2443C(A)Hg(B)B(A)S(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)不等性不等性sp3spsp2sp31801201092890 10928H2OH2SCO2HgCl2BF3SO3CH4SiCl4NH3PH3直线型直线型 正三角形正三角形 正四面体正四面体三角锥形、三角锥形、V V形形一、分子轨道理论一、分子轨道理论(MO法法)基本要点基本要点:电子是在分子轨道内运动电子是在分子轨道内运动 分子轨道由成键原子轨道组合而成分子轨道由成键原子轨道组合而成 电子逐个填入分子轨道电子逐个填入分子轨道,填

12、充规则与填入填充规则与填入 原原子轨道所遵循的规则相同子轨道所遵循的规则相同 电子进入分子轨道后，若体系总能量有所电子进入分子轨道后，若体系总能量有所降低，即能成键降低，即能成键二、分子轨道形成二、分子轨道形成 分子轨道由组成分子的各原子轨道组合而成分子轨道由组成分子的各原子轨道组合而成 分子轨道总数等于组成分子的各原子轨道数目的总和分子轨道总数等于组成分子的各原子轨道数目的总和如：如：H H2 2：2 2个分子轨道个分子轨道N N2 2：1010个分子轨道个分子轨道1、s-s原子轨道的组合原子轨道的组合成键轨道成键轨道反键轨道反键轨道(2)p-p原子轨道的组合原子轨道的组合“头碰头头碰头”方

13、式方式:能能 量量反键反键成键成键“肩并肩肩并肩”方式方式:反键反键成键成键 2py与与 2pz、2py*与与 2pz*轨道的形状以及能量轨道的形状以及能量都相同都相同.第一、二周期同核双原子分子第一、二周期同核双原子分子即即:1s 1s*2s 2s*2py=2pz 2px 2py*=2pz*2px*三、分子轨道的能级三、分子轨道的能级:第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子:O2、F2即即:1s 1s*2s 2s*2px 2py=2pz 2py*=2pz*诱导力诱导力二、分子间力的特点二、分子间力的特点三、分子间力对物质物理性质的影响三、分子间力对物质物理性质的影响 液体：分子间力液体

14、：分子间力 ，气化热，气化热 ，b.p.b.p.固体：分子间力固体：分子间力 ，熔化热，熔化热 ，m.p.m.p.结构相似的同系物：结构相似的同系物：M M，分子间力，分子间力 ，b.p.b.p.和和m.p.m.p.M M相近的而体积大的分子，有较大的变形性，相近的而体积大的分子，有较大的变形性，b.p.b.p.和和 m.p.m.p.较高较高 溶质或溶剂的极化率溶质或溶剂的极化率 ，分子间力，分子间力 ，溶解度，溶解度 分子间力分子间力 ，硬度，硬度 氢化物沸点变化规律氢化物沸点变化规律:氢键氢键:强极性键强极性键(X-H)(X-H)上的氢核与电负性很大含有孤对上的氢核与电负性很大含有孤对电子

15、并带有部分负电荷的原子之间的静电吸引力电子并带有部分负电荷的原子之间的静电吸引力.不仅同种分子之间可以形成氢键不仅同种分子之间可以形成氢键,不同分子之间不同分子之间也可以形成氢键。也可以形成氢键。一、氢键的形成一、氢键的形成如如NHNH3 3与与H H2 2O O间间:或或 如如H HF F分子间氢键分子间氢键H HF FH HF FH HF FH HF F式中式中:X:X、Y Y代表代表F F、O O、N N等等电负性大而原子半径较小电负性大而原子半径较小的非金属原子。的非金属原子。氢键通式氢键通式:X XH HY Y要有一个与电负性很大的元素要有一个与电负性很大的元素(X)(X)形成强极性

16、键的形成强极性键的氢原子氢原子;要有一个电负性很大要有一个电负性很大,含有孤对电子并带有部分负含有孤对电子并带有部分负电荷的原子电荷的原子(Y);(Y);X,YX,Y的原子半径都要小的原子半径都要小.二、形成氢键的条件二、形成氢键的条件氢键氢键氢键氢键键能小键能小,25-40kJ;,25-40kJ;具有饱和性和方向性具有饱和性和方向性.三、氢键特点和分类三、氢键特点和分类特特 点点分分 类类分子间氢键分子间氢键;分子内氢键分子内氢键.NOOOH四、氢键的形成对物质性质的影响四、氢键的形成对物质性质的影响 使物质的熔点、沸点升高使物质的熔点、沸点升高,溶解度溶解度、粘度粘度增大增大,密度改变。密度改变。氢化物的熔、沸点氢化物的熔、沸点;多羟基化合物的粘度多羟基化合物的粘度;例如例如:甘油甘油,硫酸硫酸,磷酸等磷酸等.水的密度水的密度(分子缔合与缔合分子分子缔合与缔合分子).冰的结构冰的结构 DNA双螺旋结构和碱基配对形成氢键示意图